◆ステンレスとは？その特徴と加工の難しさ

はじめに

金属材料の中でも、建築、自動車、医療機器、食品機械、家庭用品など、さまざまな分野で活躍する素材に「ステンレス鋼（以下、ステンレス）」があります。鉄を主成分に、クロム（Cr）やニッケル（Ni）などを添加して作られるステンレスは、「錆びにくい」「強度が高い」「衛生的」といった特性を持ち、私たちの生活を支える重要な金属材料です。

しかし、その優れた特性の裏には、加工の難しさという技術的な課題が存在します。本稿では、ステンレスの基本的な性質や分類から、具体的な加工の難しさ、そしてそれに対する対処法まで、詳しく解説します。

1. ステンレスとは何か？

1-1. ステンレスの定義

「ステンレス」とは、「ステイン（stain）＝汚れ・錆」と「レス（less）＝少ない」という英語を語源とし、「錆びにくい鋼（Stainless Steel）」を意味します。

JIS（日本産業規格）では、ステンレス鋼は「クロム含有量10.5%以上、炭素含有量1.2%以下の耐食性を持つ鋼」と定義されています。一般的には、クロムの含有量を増やすことで、鉄が酸化して錆びるのを防いでいます。

1-2. ステンレスの主な合金成分と役割

2. ステンレスの代表的な種類とその特徴

ステンレスはその組織により、以下のような分類がされます。

2-1. オーステナイト系ステンレス鋼（例：SUS304、SUS316）

• 非磁性（ただし冷間加工で若干磁性を帯びることも）
• 耐食性・加工性に優れる
• ニッケルを多く含み価格が高め
• 代表例：SUS304（最も汎用的）、SUS316（モリブデン添加で耐塩素性向上）

2-2. フェライト系ステンレス鋼（例：SUS430）

• 磁性あり
• 耐食性はオーステナイト系に劣るが安価
• 高温強度や溶接性はやや劣る
• 家電製品や内装材によく使われる

2-3. マルテンサイト系ステンレス鋼（例：SUS410、SUS420）

• 熱処理によって硬化可能
• 刃物・工具・バルブなど、機械的強度重視の用途に使用
• 耐食性は他の系に比べて劣る

2-4. 二相系ステンレス鋼（オーステナイト+フェライト）

• 強度と耐食性のバランスが良い
• 石油化学プラントなど、過酷環境下での使用が多い

3. ステンレスの特性（メリット）

ステンレスがこれほど広く使われる理由は、その多機能性にあります。

3-1. 高い耐食性

ステンレスは表面に**不動態皮膜（酸化クロムの薄膜）**を自然に形成し、この皮膜が錆の進行を防ぎます。傷ついても空気中の酸素と反応してすぐに再生されるため、自己修復性も持ちます。

3-2. 強靭性・靱性に優れる

オーステナイト系ステンレスは、極低温（-196℃）でも靱性を保つため、LNGタンクなどにも使用されます。

3-3. 加工後の美観が良い

研磨や電解研磨、ヘアライン処理などが可能で、美観性に優れ、建築外装や厨房機器など意匠性が求められる分野で活躍します。

3-4. 耐熱性・耐薬品性

一定温度下でも安定性が高く、化学プラントや医療機器でも使用されます。

4. ステンレス加工の難しさとは？

一方で、ステンレスには以下のような加工上の課題があります。

4-1. 熱伝導率が低く、加工熱が逃げにくい

ステンレスは熱伝導率が低いため、切削加工時に発生する熱が刃先や加工面に集中します。この結果、刃物の摩耗が早く、加工面も荒れやすくなります。

4-2. 加工硬化しやすい

特にオーステナイト系は加工硬化性が高く、切削中に材料が局所的に硬化し、刃物が急激に摩耗したり、ビビり振動が発生したりします。

4-3. 切りくずが長く、絡みやすい

切りくずがダラダラと長く出る傾向があり、チップブレーカーやクーラントの工夫が必要です。

4-4. 工具寿命が短くなりがち

高硬度や加工熱の蓄積により、切削工具の寿命が著しく短くなるケースが多いです。耐摩耗性の高い工具材やコーティングが必要です。

5. ステンレス加工における対策と工夫

5-1. 加工条件の最適化

• 低速・高送りが基本（特に加工硬化対策として）
• 深切りしすぎず、適切な切込み深さを確保
• 必要に応じて**多段階加工（荒→中→仕上げ）**を導入

5-2. 工具の選定

• **コーティング超硬工具（TiAlNなど）**の使用
• 切れ味重視ならセラミック工具も選択肢
• ドリルやタップもステンレス専用設計品を選定

5-3. クーラントの使い方

• 高圧クーラントの活用で切りくず排出性を向上
• 冷却重視の水溶性クーラントが基本
• 加工点へピンポイントで供給

5-4. ビビり対策

• 剛性の高いホルダーを使用
• ワークの固定剛性を上げる
• 加工パスの見直しや工具突出し量の最小化

6. 加工方法別｜ステンレス加工のポイント

6-1. 切削加工

• フライス加工：工具の逃げ角や刃数が重要
• 旋盤加工：オーステナイト系ではバリが出やすく注意
• 穴あけ加工：ドリルのチッピングや摩耗が起きやすい

6-2. 溶接加工

• 溶接後に応力腐食割れや結晶粒の粗大化が起きやすい
• TIG溶接やレーザー溶接で精密な制御が可能
• 酸洗いや電解研磨による酸化被膜除去が必要

6-3. 研磨・表面処理

• 不動態皮膜を損なわずに仕上げるには、電解研磨やバフ研磨が有効
• 加工後の脱脂・洗浄で表面品質を保つ

7. ステンレス加工現場での実践例

• 自動車部品ではSUS304のプレス部品が多く、金型への耐摩耗性加工が重要
• 医療機器ではSUS316Lが多用され、バリレス加工と研磨処理が必須
• 食品機械では衛生管理を意識した溶接部の処理が重要視される

8. 今後の展望と技術革新

8-1. ステンレス加工機の進化

• 5軸マシニングセンタの普及により複雑形状の加工が可能に
• 高圧クーラント搭載CNC旋盤の活用が進む

8-2. AIとIoTの導入

• 工具摩耗予測や加工異常検知にAIセンシングが活躍
• 工程監視による不良品削減・歩留まり向上

まとめ

ステンレスは、その優れた耐食性や美観性から、多様な産業で不可欠な素材です。一方で、加工が難しく、工具寿命や熱処理、切りくず排出など、さまざまな技術的課題が存在します。

しかし、これらの課題に対しては適切な加工条件の選定や工具・設備の工夫により、十分に対応可能です。今後は、より高性能な工具開発や加工自動化技術の進展により、ステンレス加工の生産性・品質はさらに向上していくでしょう。